CN116216742A - 一种焦炉气制合成氨的改进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公告了一种焦炉气制合成氨的改进方法，其特征在于压缩焦炉气送第一级吸附，第一级吸附相获得富甲烷气，富甲烷气部分外送用作燃气称为产品1，其余送非催化重整转化炉称为重整原料1；第一级非吸附相脱氧后送第二级吸附分离，非吸附相获得氨合成原料1；吸附相获得重整原料2；将重整原料1、重整原料2和后续第三级吸附获得的重整原料3混合压缩后与压缩空气送非催化重整转化炉制取富氮原料气，与蒸汽联合变换获得富氮变换气，经过脱氧、第三级吸附分离，非吸附相获得氨合成原料2，氨合成原料1与2压缩送氨合成系统获得产品2；吸附相部分解吸得到贫二氧化碳气称为重整原料3；吸附相继续深度解吸得产品3，由此实现焦炉气全组分资源化。
Description
技术领域
本发明涉及化工、节能领域，是一种焦炉气制合成氨的改进方法。
背景技术
焦炉气中H2~58%、CH4~25%、CO~5%、N2~5%、C2~3%、CO2~1.5%、O2~0.5%、杂质~2%，其中含有大量高价值的H2、CO、CH4组分可以用于生产甲烷产品及合成氨产品，实现高价值资源化。
CN202111272968公开了一种带变换脱碳的焦炉气制液化天然气联产液氨或氢气工艺，该工艺包括以下步骤：焦炉气经压缩净化、加氢脱硫、变换、脱碳、甲烷化、深冷分离等工艺单元，深冷分离后的液体为LNG产品，气体经复热后可作为下游氨合成装置的氢氮气原料去生产液氨产品，或者作为PSA提氢装置的原料去生产纯氢。该方法是将焦炉气大部分CO、H2通过甲烷化方式生产甲烷，仅有残余少部分未反应的H2经过提纯后送至氨合成，生产LNG的深冷分离装置设备投资大、运营成本高。
CN202010600507.6公开了一种焦炉气制氨与CNG的改进工艺，焦炉气经过压缩到0.4~1.8MPa，经过变换把一氧化碳转化为氢气与二氧化碳称为变换气，变换气一氧化碳浓度≤0.5%，经过变压吸附脱除硫化氢、有机硫、二氧化碳、CnHm、部分甲烷称为脱碳气，脱碳气一氧化碳与二氧化碳总和≤1.0%，脱碳气送精脱硫净化达到总硫≤0.1ppm称为精脱气；同时获得与焦炉气热值相差±5%以内的再生气，再生气回流进入焦炉燃料气；精脱气送入甲烷化净化装置脱除一氧化碳与二氧化碳到总和≤10ppm称为甲烷化气；甲烷化气送变压吸附提纯装置制得甲烷浓度95%以上的CNG，CNG毒性气体浓度和热值符合燃气标准，同时获得甲烷浓度≤8%的粗脱气；粗脱气进入变压吸附精脱装置分离甲烷到浓度≤0.5%称为精脱气送氨合成系统，解吸气压缩送入粗脱装置循环分离。该方法将焦炉气大部分CO经过变换制氢后，通过甲烷化方式净化原料气，并进一步分离甲烷及氢氮气，分别用作制CNG及送氨合成，这一方法最大的问题在于焦炉气中的N2含量通常只有5%，经过变换后焦炉气中H2含量则要高达60%以上，分离甲烷后送氨合成工段原料气氢氮比并不满足3:1的工艺要求，而是需要通过额外增加空分等装置进行配氮，增加了本工艺的制氨成本。
CN201811324441公开了一种高炉气与焦炉气联合制氨合成气工艺，将高炉气送第一变压吸附工艺脱除CO2，第二变压吸附工艺进一步脱除CO2、铜分子筛净化CO，净化气用作合成氨原料气一；焦炉煤气混合高炉煤气分离的浓CO气经脱硫、压缩、变换、变脱后，送第三变压吸附工艺脱除其中的CO2，再送第四变压吸附工艺分离CH4，获得CH4与CnHm混合浓度高于75%的富CH4气作化工原料，同时获得贫CH4气继续送第五变压吸附净化CH4、5A分子筛净化CO，获得脱CO气，脱CO气中CO2浓度≤10ppm、CO浓度≤10ppm、CH4浓度必然低于0.1%，用作氨合成气二；两个氨合成气混合成为氨合成总原料气，通过调节第一变压吸附高炉气气量，使合成氢气、氮气摩尔比达到3：1。该方法是将高炉气变换制高氮浓度的氢氮气，再与焦炉气经过脱除甲烷等后的高氢浓度的氢氮气进行配比，继而达到氨合成气氢氮比为3:1的要求，同时副产富甲烷气。该工艺需要额外添加一股高炉气作为氮源来作为补充，在只有焦炉气气源的情况下是无法满足合成氨制造条件的。
因此，目前使用焦炉气制氨工艺，主要存在问题在于需要额外高氮气源（如高炉气）进行配比；而若单独使用焦炉气，则需要投入高昂的空分制氮设备和高压缩能耗，或者牺牲焦炉气制合成氨产量转而生产甲烷，本申请针对上述问题做出如下发明。
发明内容
一种焦炉气制合成氨的改进方法，其特征在于焦炉气压缩到0.1-2.5MPa送第一级吸附，第一级吸附的吸附相获得二氧化碳、CnHm、甲烷作为富甲烷气，富甲烷气60-90%外送用作燃气称为产品1，10-40%送非催化重整转化炉称为重整原料1，第一级吸附的非吸附相气体以甲烷作为控制指标，甲烷体积浓度＜1%；第一级非吸附相气体经脱氧后送第二级吸附分离，第二级非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气称为氨合成原料1；第二级吸附相获得含一氧化碳、甲烷、少量二氧化碳、少量氢气的混合气称为重整原料2；将重整原料1、重整原料2和后续第三级吸附获得的重整原料3混合压缩后与1~10倍的压缩空气送非催化重整转化炉制取富氮原料气，将富氮原料气与非催化重整转化炉副产蒸汽联合变换获得富氮变换气，富氮变换气经过脱氧、第三级吸附分离，非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气作为氨合成原料2，氨合成原料1与2压缩送氨合成系统获得合成氨称为产品2；第三级吸附相部分解吸得到贫二氧化碳气称为重整原料3，送前述非催化重整转化炉；第三级吸附相继续深度解吸得到浓二氧化碳，可用于液化或外送作为碳化原料称为产品3，由此实现焦炉气全组分资源化应用。
本发明优势：
1. 相比目前的焦炉气制合成氨工艺，本申请利用非催化重整转化工艺代替传统空分制氮，用于补足合成氨所需要的氮，解决了空分设备建造投资巨大、能耗成本过高的问题；
2. 本申请非催化重整转化工序可以副产蒸汽，而蒸汽正好可以作为后续CO变换工序的原料气，二者结合方式即避免了单独非催化重整转化的热量浪费，同时也解决了后续CO变换工序的原料蒸汽来源问题，二者结合有效提高了能量的利用效率；
3. 本申请重整转化过程，同时将焦炉气中分离出的部分较为廉价的富甲烷气转化为高价值的H2、CO，并通过变换工序进一步将CO变换为H2，实现了原料的高价值资源化，提高了合成氨产量；
4. 针对本申请第三级吸附中流出的贫CO2部分解吸气，通过送入非催化重整转化炉的方式，实现了贫CO2气的循环利用，避免了其中高价值H2、CO等组分的浪费，而实现了焦炉气的全组分利用；
5. 副产的富甲烷气产品及高浓度CO2产品气进一步提高了焦炉气资源化效率，增加了整个工艺的额外产值，实现了资源的高价值利用。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：焦炉气压缩到0.8MPa送第一级吸附，第一级吸附的吸附相获得二氧化碳、CnHm、甲烷作为富甲烷气，富甲烷气66%外送用作燃气称为产品1，34%送非催化重整转化炉称为重整原料1，第一级吸附的非吸附相气体以甲烷作为控制指标，甲烷体积浓度＜1%；第一级非吸附相气体经脱氧后送第二级吸附分离，非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气称为氨合成原料1；第二级吸附相获得含一氧化碳、甲烷、少量二氧化碳、少量氢气的混合气称为重整原料2；将重整原料1、重整原料2和后续第三级吸附获得的重整原料3混合压缩后与2.6倍的压缩空气送非催化重整转化炉制取富氮原料气，将富氮原料气与非催化重整转化炉副产蒸汽联合变换获得富氮变换气，富氮变换气经过脱氧、第三级吸附分离，非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气作为氨合成原料2，氨合成原料1与2压缩送氨合成系统获得合成氨称为产品2；第三级吸附相部分解吸得到贫二氧化碳气称为重整原料3，送前述非催化重整转化炉；第三级吸附相继续深度解吸得到浓二氧化碳，可用于液化或外送作为碳化原料称为产品3，由此实现焦炉气全组分资源化应用。
实施例2：焦炉气压缩到1.2MPa送第一级吸附，第一级吸附的吸附相获得二氧化碳、CnHm、甲烷作为富甲烷气，富甲烷气74%外送用作燃气称为产品1，26%送非催化重整转化炉称为重整原料1，第一级吸附的非吸附相气体以甲烷作为控制指标，甲烷体积浓度＜1%；第一级非吸附相气体经脱氧后送第二级吸附分离，非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气称为氨合成原料1；第二级吸附相获得含一氧化碳、甲烷、少量二氧化碳、少量氢气的混合气称为重整原料2；将重整原料1、重整原料2和后续第三级吸附获得的重整原料3混合压缩后与3.3倍的压缩空气送非催化重整转化炉制取富氮原料气，将富氮原料气与非催化重整转化炉副产蒸汽联合变换获得富氮变换气，富氮变换气经过脱氧、第三级吸附分离，非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气作为氨合成原料2，氨合成原料1与2压缩送氨合成系统获得合成氨称为产品2；第三级吸附相部分解吸得到贫二氧化碳气称为重整原料3，送前述非催化重整转化炉；第三级吸附相继续深度解吸得到浓二氧化碳，可用于液化或外送作为碳化原料称为产品3，由此实现焦炉气全组分资源化应用。
实施例3：焦炉气压缩到1.8MPa送第一级吸附，第一级吸附的吸附相获得二氧化碳、CnHm、甲烷作为富甲烷气，富甲烷气83%外送用作燃气称为产品1，27%送非催化重整转化炉称为重整原料1，第一级吸附的非吸附相气体以甲烷作为控制指标，甲烷体积浓度＜1%；第一级非吸附相气体经脱氧后送第二级吸附分离，非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气称为氨合成原料1；第二级吸附相获得含一氧化碳、甲烷、少量二氧化碳、少量氢气的混合气称为重整原料2；将重整原料1、重整原料2和后续第三级吸附获得的重整原料3混合压缩后与5.1倍的压缩空气送非催化重整转化炉制取富氮原料气，将富氮原料气与非催化重整转化炉副产蒸汽联合变换获得富氮变换气，富氮变换气经过脱氧、第三级吸附分离，非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气作为氨合成原料2，氨合成原料1与2压缩送氨合成系统获得合成氨称为产品2；第三级吸附相部分解吸得到贫二氧化碳气称为重整原料3，送前述非催化重整转化炉；第三级吸附相继续深度解吸得到浓二氧化碳，可用于液化或外送作为碳化原料称为产品3，由此实现焦炉气全组分资源化应用。
Claims (1)
1.一种焦炉气制合成氨的改进方法，其特征在于焦炉气压缩到0.1-2.5MPa送第一级吸附，第一级吸附的吸附相获得二氧化碳、CnHm、甲烷作为富甲烷气，富甲烷气60-90%外送用作燃气称为产品1，10-40%送非催化重整转化炉称为重整原料1，第一级吸附的非吸附相气体以甲烷作为控制指标，甲烷体积浓度＜1%；第一级非吸附相气体经脱氧后送第二级吸附分离，第二级非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气称为氨合成原料1；第二级吸附相获得含一氧化碳、甲烷、少量二氧化碳、少量氢气的混合气称为重整原料2；将重整原料1、重整原料2和后续第三级吸附获得的重整原料3混合压缩后与1~10倍的压缩空气送非催化重整转化炉制取富氮原料气，将富氮原料气与非催化重整转化炉副产蒸汽联合变换获得富氮变换气，富氮变换气经过脱氧、第三级吸附分离，非吸附相获得含CO+CO2+O2+H2O＜10ppm的氢氮气作为氨合成原料2，氨合成原料1与2压缩送氨合成系统获得合成氨称为产品2；第三级吸附相部分解吸得到贫二氧化碳气称为重整原料3，送前述非催化重整转化炉；第三级吸附相继续深度解吸得到浓二氧化碳，可用于液化或外送作为碳化原料称为产品3，由此实现焦炉气全组分资源化应用。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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